Недостатак свеже воде је све озбиљнији изазов друштвеном развоју. Пријављено је да 29% глобалне популације нема исправну воду за пиће, а потражња за чистом водом и даље расте због раста становништва и еколошких проблема. Чиста вода повезана са санитарним условима посебно је важна у контексту тренутне епидемије корона вируса (неокоронавирусне пнеумоније). Испаравање воде на соларни погон сматра се једном од најперспективнијих технологија за производњу чисте воде из морске и отпадне воде користећи сунчеву светлост као једини енергетски унос. Технологија се у великој мери ослања на соларне апсорбере, који делују као испаривачи за претварање сунчеве енергије у топлоту за производњу паре. Да би се постигле високе стопе испаравања воде и ефикасност конверзије сунчеве топлоте, идеалан материјал треба да има широк опсег апсорпције за ефикасно коришћење великог дела соларног спектра, ниску топлотну проводљивост за сузбијање губитка топлоте и тродимензионалне (3Д) порозне канале за ефикасан транспорт воде. Научници су до сада развили различите фототермалне материјале на бази угљеника (нпр. графен или угљеничне наноцеви), полимера, метала и металних оксида и њихових хибрида, итд.
Научници су напорно радили да истраже и направе многа открића последњих година, па хајде да научимо из неколико актуелних публикација о напретку истраживања у производњи фототермалне чисте воде последњих година.
- Комуникације у природи: Листови биљака инспиришу високоефикасни пречистач воде на соларни погон
Листови природних васкуларних биљака ослањају се на разлике у осмотском притиску, транспирацији и излучивању како би произвели тоне чисте воде, коју покреће сунчева светлост. Инспирисани овим, истраживачи у Чун Лијевој групи на Универзитету Ћингхуа известили су о пречистачу покретаном сунчевом светлошћу за ефикасно пречишћавање и производњу воде. Овај пречистач покретан сунчевом светлошћу има поли(N-изопропилакриламидни) хидрогел (PN) који реагује на негативну температуру, усидрен на суперхидрофилну меламинску пену и обложен PNIPAm-модификованом графенском (PG) филтерском мембраном са спољашње стране. Молекуларно-динамске симулације и експериментални резултати показали су да суперхидрофилна природа релативно круте меламинске основе значајно убрзава брзину бубрења/одбубрења пречистача PNPG-F. Под истим интензитетом зрачења сунчевом светлошћу, ова рационално пројектована структура обезбедила је сакупљање од 4.2 кг/м2/х и уклањање > 99% јона за један PNPG-F из довода слане воде кроз синергијске ефекте испаравања и додавања кап по кап. Аутор предвиђа велике потенцијалне примене за овај високо ефикасан систем покретан сунчевом светлошћу у различитим апликацијама за пречишћавање воде. Студија је објављена као рад под називом „Лишће биљака инспирисало је пречишћивач покретан сунчевом светлошћу за високоефикасну производњу чисте воде“ у часопису Nature Communications.
- Напредак науке: високо хидратантне полимерне мреже хидрогелова који апсорбују светлост за соларно пречишћавање воде
Соларно испаравање воде за пречишћавање воде је обећавајућа технологија за производњу слатке воде. Међутим, производња соларне паре је енергетски интензивна, што резултира малом производњом воде под природним дневним светлом. Због тога постоји велика потреба за развојем нових материјала који могу смањити потребу за енергијом за испаравање воде и убрзати соларно пречишћавање воде. Група професора Гуихуа Јуа у Остину, Тексас, САД, известила је о високо хидратизованом хидрогелу који апсорбује светлост (х-ЛАХ) састављеном од поливинил алкохола и хитозана као хидратационе кичме и полипирола као апсорбера светлости, који може да користи мање енергије (< 50% запремине воде) за испаравање. Показано је да повећање капацитета хидратације х-ЛАХ може променити стање воде и делимично активирати воду, чиме се олакшава испаравање воде. х-ЛАХ је повећао производњу соларне паре на рекордну стопу од ~3.6 кг/м2/х на 1 сунцу. Сунчево испаравање воде на бази х-ЛАХ-а такође је показало дуготрајну издржљивост и својства против обраштања у односу на комплексне јонске загађиваче. Истраживање је објављено у чланку под насловом „Пречишћивач који покреће сунчева светлост инспирисан лишћем биљака за високоефикасну производњу чисте воде“ у научном поџуралу Сциенце Адванцес.
- Ангев: ЦОФ материјали са суперхидрофилношћу и апсорпцијом светлости широке таласне дужине за фототермално испаравање воде
Инхерентна хидрофобност и ограничена апсорпција светлости порозних органских полимера, посебно у блиском инфрацрвеном (НИР) региону, су два уска грла која ометају њихову примену у производњи соларне паре (ССГ). Истраживачи у групи Сјаоли Јана на Универзитету Јилин развили су ковалентни органски оквир (ЦОФ) заснован на 1,4,5,8 тетракис(фениламино)антрацен-9,10-диону (ТПАД) (ТПАД-ЦОФ), који се одликује суперхидрофилношћу и широком апсорпцијом светлости која покрива/видљиву ССГ у целом НИР региону. ТПАД-ЦОФ, као ефикасан материјал за фототермалну конверзију без икаквих адитива, показује одлично испаравање воде од 1.42 кг/м2/х и постиже високу ефикасност конверзије енергије од 94% под једним зрачењем сунчевог интензитета. Даље проширење опсега ЦОФ апсорпције светлости заснованог на ТПАД-у постигнуто је постсинтетичком модификацијом хелатираних БФ2 молекула. Систематски контролни експерименти и анализе потврђују да хидрофилност материјала фототермалне конверзије игра доминантнију улогу у тренутним ЦОФ-овима заснованим на ТПАД-у који се користе за испаравање фототермалне воде. Истраживачки рад под називом „Суперхидрофилни2Д ковалентни органски оквири као широкопојасни апсорбери за ефикасну производњу соларне паре“ објављен је у врхунском међународном часопису Ангевисе. Рад је објављен у врхунском међународном часопису Ангев. Цхем. Инт. Ед.
- ЈАЦС: Хидрофилно-хидрофобни ЦОФ/графенски хидрогел са два региона за фототермално испаравање воде
Соларно испаравање воде је одржива технологија за пречишћавање воде која може помоћи у ублажавању глобалне несташице воде. Међутим, ова технологија се суочава са великим изазовима због велике потрошње енергије и ниске стопе испаравања воде. Група проф. Арне Томаса са Техничког универзитета у Берлину, Немачка, извештава о ковалентном органском оквиру (ЦОФ)/графенском хидрогелу са два региона који садржи и хидрофилне и хидрофобне регионе у једном материјалу кроз једноставну ин ситу стратегију раста. Хидрофилни ЦОФ покрива део хидрофобног региона графена. Прецизном контролом два региона влажења, хибридни хидрогел показује ефикасно прикупљање светлости, подесиву квашење, оптимизован садржај воде и смањену потребу за енергијом за испаравање воде. Као соларни апсорбер, хидрогел са два региона постиже брзину стварања паре до 3.69 кг/м2/х за 1 сунчево зрачење (1кв/м2), што је упоредиво са другим напредним материјалима. Поред тога, овај хидрогел испаривач се може користити за производњу воде за пиће из морске воде и канализације, демонстрирајући потенцијал третмана воде. Истраживачки рад је објављен у часопису ЈАЦС као „Ковалентни органски оквир/Грапхен Дуал-Регион Хидрогел фор Енханцед Солар-Дривен Ватер Генератион”, ЈАЦС, врхунски међународни часопис.
- Научни напредак: високоефикасни фототермални испаривач воде инспирисан структуром сечива локвања
Последњих година, међуфазна производња соларне паре показала је велики потенцијал у постизању високе ефикасности конверзије енергије за десалинизацију и третман отпадних вода. Међутим, високе стопе испаравања се не могу одржати због наизглед неизбежног накупљања нечистоћа или соли на соларном апсорберу. Деградација се убрзава како се концентрација растворене супстанце повећава. Да би се позабавила овим проблемом, група проф. Јиа Зхуа на Универзитету у Нањингу, инспирисана структуром листова локвања, дизајнирала је вишестепену структуру (уређај за конверзију фототермалне паре инспирисан локвањима (ВХС), који може да постигне 80% ефикасност фототермалне конверзије када се третира 10 теж% слане воде и има високу концентрацију воде. помињући да се ефикасност фототермалне конверзије не смањује значајно током третмана висококонцентроване слане воде и отпадне воде док се не заврши испаравање (тј. „нулто пражњење“), а површина остаје чиста под насловом „Хијерархијски дизајн инспирисан воденим љиљанима за стабилно и ефикасно соларно испаравање брина са високом сланошћу“.
- Нано енергија: молибден дисулфид за фототермално испаравање воде
Истраживачи у Лифенг Вановој групи на Институту за граничне материјале Универзитета Дикин развили су серију хетероструктура дисулфида прелазних метала и нитрида богатих азотом за испаравање воде путем делимичне кристалне трансформације. Конкретно, ове напредне 2Д хетероструктуре показују побољшану спектралну апсорпцију у инфрацрвеном опсегу и одличну хемијску стабилност у различитим растворима, укључујући воду, киселине и базе. Још важније, због побољшаног интензитета спектралне апсорпције и смањеног губитка топлоте, соларни термални уређај од MoS2-Mo5N6/ меламинске пене (MF) показује високу брзину испаравања (2.31 кг м-2х-1) и ефикасност конверзије (106.6%), што је 1.4 и 4.7 пута веће од оних код соларних уређаја MoS2/MF и MF/вода, респективно. Овај рад пружа серију напредних 2Д-2Д TMD-ова и нитридних хетероструктура богатих азотом са одличним фототермалним перформансама за генерисање воде помоћу соларне енергије. Овај рад је објављен у часопису Nano energy, водећем међународном часопису, под називом „Напредне 2Д-2Д хетероструктуре дихалкогенида прелазних метала и нитрида богатих азотом за генерисање воде помоћу сунца“.
Очекује се да ће соларна фототермална технологија испаравања воде решити глобални недостатак чисте воде, оно што сада треба решити је јефтина припрема фототермалних материјала, рад високе ефикасности, као и стабилност и преносивост употребе у окружењима практичних апликација, радујући се више резултата у будућности за рану корист целог човечанства!
За више информација о меламинској пени, контактирајте нас на [email protected] или нам пошаљите поруку на: +86-28-8411-1861.
Неке слике и текстови су репродуковани са интернета, а ауторска права припадају оригиналном аутору. Ако постоји било какво кршење, контактирајте нас да га избришемо.